ניר בר-גיל

זוכה פרס קריל 2017
האוניברסיטה העברית שבירושלים

ד"ר ניר בר-גיל

נושא מחקר : כלים קוונטיים בחישה, סימולציה ואינפורמציה

מטרות המחקר של ניר הן יצירת פלטפורמה חדשה למחקר בסיסי במדע קוונטי וליישומים אינטרדיסציפלינריים. ניר חוקר את מרכזי הצבע חנקן-חור (NV) ביהלום, המשמשים כאבני בניין לעיבוד מידע קוונטי, סימולציות קוונטיות וחישה קוונטית. מחקרו מתמקד בשלושת הכיוונים הנ"ל באמצעות פלטפורמת ה- NV ביהלום, כמפורט להלן.

בהקשר של אבני בניין לאינפורמציה קוונטית, בשנים האחרונות זוהו מרכזי ה- NV ביהלום כספינים קוונטיים ייחודיים דמויי-אטומים במצב המוצק, בהם ניתן לשלוט בצורה יוצאת דופן באמצעות אופטיקה וגלי מיקרו. תכונות ייחודיות אלה קידמו את התחום משמעותית והובילו לתוצאות מרשימות, ביניהן ההדגמה שביצע ניר בה נמדד זמן קוהרנטיות המתקרב לשנייה אחת [7]. הישגים אלה מציבים את מרכזי ה- NV כמימוש פיסיקלי מוביל ליישומים באינפורמציה קוונטית. ניר מתמקד בהרחבת היכולות הקיימות באמצעות טכניקות שליטה מתקדמות ואופטימליות [3]. בהתבסס על כך, הוא מתקדם להשגת אוסף מרכזי NV המאפשר אינטראקציות קוהרנטיות מהירות (ביחס לזמן הקוהרנטיות של מרכזי ה- NV), בו ניתן יהיה ליצור מצבים בעלי שזירות קוונטית משמעותית, כגון מצבים לחוצי-ספין, הרלוונטיים לזיכרונות קוונטיים ומטרולוגיה קוונטית.

ככיוון נוסף המתבסס על אבני הבניין הקוונטיות הנ"ל, ניר מקדם ארכיטקטורה חדשנית ליצירת סימולטורים קוונטיים סילומיים ביהלום. קבוצתו נמצאת בחזית המחקר בתחום זה, ושוקדת על גישות היברידיות המקשרות ריאליזציות פיסיקליות שונות (ביניהן מערכות מצב מוצק, פוטוניות ואטומיות). ספציפית, ניר מפתח רשת ספינים קוונטיים עם מספר רב של ספינים אליהם ניתן לגשת באופן פרטני (אופטית), המצומדים דרך מבנים על-מוליכים. מחקר זה יכול להוביל למערכת אוניברסלית וסקיילבילית לסימולציות ומחשוב קוונטי, שתבחן שאלות פתוחות הקשורות למערכות ספין מתוסכלות, קודים משטחיים, דינמיקה דיסיפטיבית של מערכות קוונטיות מרובות חלקיקים והשפעה של אי-סדר על פאזות קוונטיות וטופולוגיות.

כיוון אחר עליו שוקד ניר הוא שימוש בהתקני יהלום כחיישנים קוונטיים, ובפרט כחיישנים מגנטיים, והטמעת טכנולוגיה חדשה זו בתחומי מדע שונים, הכוללים פיסיקה, ביולוגיה ומדעי כדור-הארץ. כדוגמה, הוא שיתף פעולה עם ד"ר רון שער מהמכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית, במחקר של חתימות מגנטיות של דגימות אבנים ומינרלים, מתוך מטרה להבין לעומק את הפיסיקה של תהליך המיגנוט. מדידות אלה יספקו מידע אקלימי בטווח זמנים רחב (של עשרות אלפי שנים) שאינו זמין בשיטות אחרות, ויכול לתרום להבנת בעיות לא פתורות בהקשר של התחממות גלובלית.

ניר גם שיתף פעולה עם פרופ' שטפן הל, ממכון מקס פלנק בגוטינגן, גרמניה, ליצירת מיקרוסקופ סופר-רזולוציה מבוסס NV בעל שתי-קרניים (המשתמש בשיטה אותה המציא פרופ' הל: STED – Stimulated Emission Depletion microscopy), ויאפשר מדידות עירור-חישה בסקלה ננומטרית. גישה זו תוכל לחשוף מידע חדש על תכונות מגנטיות ודינמיקה ספינית של מערכות חומר מעובה, כגון מדידות של סוספטיביליות ספין של גרפן וחומרי ון-דר-וולס שונים (למשל מבודדים טופולוגיים).

זוכי פרס קריל

// order posts by year $posts_by_year;